替代Math/random使用ThreadLocalRandom

Question

标准的Math.random()通过将其声明为同步静态方法，实现了线程安全。

该补丁使用了java.util.concurrent.ThreadLocalRandom，在简单的单线程criterium.core/bench基准测试中实际上比普通的Math.random()快两倍。

我之所以调查这个函数，主要是为了确保在性能测试多线程负载生成时，随机数生成不是瓶颈。

如果需要，当然可以根据类java.util.concurrent.ThreadLocalRandom的存在做出条件声明（如fj-reducers），如果要让Clojure 1.7与Java版本< 1.7兼容。

Answer 1

_评论者：claj_

当前rand（clojure 1.6.0）的基准测试，$ java -version
java版本"1.7.0_51"
OpenJDK运行时环境（IcedTea 2.4.4）(7u51-2.4.4-0ubuntu0.13.10.1)
OpenJDK 64位服务器VM（构建24.45-b08，混合模式）

:jvm-opts ^:replace [] (即不向JVM传递参数)


(bench (rand 10))                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        
评估次数：在21361228次调用中的60个样本中为1281673680次。                                                                                                                                                                       
             平均执行时间：43.630075纳秒                                                                                                                                                              
   标准偏差：执行时间 0.420801纳秒                                                                                                                                                                        
   下四分位数：执行时间 42.823363纳秒（2.5%）                                                                                                                                            
   上四分位数：执行时间 44.456267纳秒（97.5%）                                                                                                                                            
                   使用的开销：3.194591纳秒                                                                                                                               
                                                                                                                                                                                                                                   
在60个样本中找到1个异常值（1.6667%）
轻度严重     1个（1.6667%）
异常值引起的方差：1.6389% 异常值略微增加了方差

Clojure 1.7.0-master-SNAPSHOT。

(bench (rand 10))                                                                                                        
评估次数：2622694860次，分60个样本、43711581次调用。
平均执行时间：20.474605纳秒
执行时间标准差：0.248034纳秒
执行时间下限四分位数：20.129894纳秒（25%）
执行时间上限四分位数：21.009303纳秒（97.5%）
使用的开销：2.827337纳秒
                                                                                                              
在60个样本中找到2个异常值（3.3333%）
轻度严重     2个（3.3333%）
异常值引起的方差：1.6389% 异常值略微增加了方差

在Clojure 1.6.0上我得到了类似的结果，并运行了几个不同的测试，结果都相似。java.util.Random.nextInt 的表现相当糟糕。ThreadLocalRandom版本的.nextInt 要好一些，但rand-int可以接受负整数，这会导致对(.nextInt (ThreadLocalRandom/current) n)进行某些论证转换，因为它需要上限和下限，而不是简单的随机数 [0,1) 的乘法。

更改

(.nextDouble (ThreadLocalRandom/current) 参数) 非常快，但不能处理负参数。使用简单乘法的情况的速度大约为30纳秒。

Answer 2

评论者：claj

添加了一些简单的测试，以确保rand和rand-int可以接受各种类型的比例、双精度浮点数和负数。实际的测试可能包括重复的生成测试，这些测试主要是为了了解各种参数是否正常工作等。

Answer 3

评论者：claj

0001-rand-using-ThreadLocalRandom-and-tests-for-random.patch 包含更改后的 (rand) 和测试用例。

Answer 4

评论者：alexmiller

Clojure需要Java 1.6.0，因此以后需要重新考虑这个问题。我们目前没有计划在Clojure 1.7中提高最低要求JDK版本，但当然这可能会改变。

Answer 5

评论者：gfredericks

我一直认为，由于无法对PRNG进行种子，因此随机功能在一般情况下用途有限，而动态var的方式是合理的。

也许可以通过标准库部分解决这两个问题？我在https://github.com/fredericksgary/four开始了尝试，但似乎贡献库更容易让大家标准化。

Answer 6

评论者：claj

Gary，我完全支持创建一个精心设计的随机库，这可能成为clojure.core.random的候选库，如果那样有用的话。

请查看http://code.google.com/p/javarng/，因为这个库似乎与您库会做类似的事情（甚至是更多）。也许我们可以从这个库中抢救出API、算法或两者。

我将通过邮件与您联系！

Answer 7

评论者：gfredericks

再想想，clojure.core中的“rand”变量不应破坏兼容性，所以我会为这个问题提交一个工单，看看情况如何。至少这应该可以解决使用{{binding}}时的并发问题。我所想到的唯一反对意见是动态变量的性能问题吗？

Answer 8

评论者：gfredericks

新问题在CLJ-1452。

Answer 9

评论者：jafingerhut

修改2014年5月11日的补丁0001-rand-using-ThreadLocalRandom-and-tests-for-random.patch在2014年8月29日对Clojure进行了提交后不再干净地应用于最新主分支。在那之前它已经可以干净应用。

我没有检查更新这个补丁的难易程度。请参阅该维基页面上的“更新过时的补丁”部分，以获取有关更新补丁的提示：http://dev.clojure.org/display/community/Developing Patches

Answer 10

参考：https://clojure.atlassian.net/browse/CLJ-1420（由claj报告）